Sel
elektrolisis adalah suatu sistem di mana reaksi redoks terjadi karena pemberian
arus listrik eksternal. Proses ini umumnya digunakan untuk mendapatkan
unsur-unsur murni dari senyawa kimia, atau untuk mengubah senyawa kimia menjadi
bentuk lain dengan menggunakan arus listrik. Salah satu contoh yang umum dari
elektrolisis adalah pemisahan air menjadi hidrogen dan oksigen.
Selama
proses elektrolisis, arus listrik dari sumber eksternal memaksa reaksi kimia
untuk terjadi. Proses ini memiliki banyak aplikasi praktis, termasuk dalam
industri untuk produksi logam, pemurnian logam, dan pembuatan senyawa kimia
tertentu. Elektrolisis juga digunakan dalam teknologi baterai untuk pengisian
ulang baterai isi ulang dan dalam proses elektroplating.
Dalam
sel elektrolisis terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia. Senyawa yang
dielektrolisis berupa senyawa yang bersifat elektrolit. Sel elektrolisis banyak digunakan dalam
pelapisan logam.
Reaksi
elektrolisis dalam prosesnya membutuhkan elektrode. Selain katode dan anode,
elektrode yang digunakan dapat berupa elektrode aktif maupun elektrode inert
(tidak aktif). Elektrode aktif dalam proses elektrolisis ikut bereaksi,
sedangkan elektrode inert tidak ikut bereaksi.
Elektrolit
yang terjadi dalam larutan dengan pelarut air lebih rumit. Berikut proses
elektrolisis beberapa larutan dan leburan.
a.
Larutan KBr
Dalam
elektrolisis larutan KBr, reaksi yang terjadi di anode dan katode sebagai
berikut.
Reaksi
di anode (oksidasi)
1)
2Br-(aq)
→ Br₂(aq)
+ 2e
2)
2H2O(l)
→ O2(g) + 4H+(aq) + 4e
Reaksi
di katode (reduksi)
1)
K+
(aq) + e → K(s)
2)
2H2O(l) + 2e → H2(g) +2OH-(aq)
Berdasarkan
percobaan, pada katode terbentuk gelembung-gelembung H₂.
Sementara itu, di sekeliling anode terbentuk larutan Br2 yang berwarna
merah. Dengan demikian, reaksi yang terjadi pada kedua elektrode dan
keseluruhan sel sebagai berikut.
Anode
: 2Br- (aq) → Br2(g) + 2e
Katode
: 2H2O(l) + 2e → H2(g) + 2OH-(aq)
Reaksi
sel : 2Br-(aq) + 2H2O(l) → Br2(aq) + H2(g)
+ 20H-(aq)
Kesimpulan
yang dapat diambil dari reaksi sel tersebut yaitu H₂O
cenderung lebih mudah direduksi daripada K+, sedangkan Br- cenderung lebih mudah dioksidasi daripada
H₂O.
b.
Larutan ZnSO4
Kemungkinan
reaksi yang terjadi di anode dan katode sebagai berikut.
Reaksi
di anode (oksidasi)
1)
2SO42-(aq)
→ S2O82-(aq) + 2e
2)
2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq)
+ 4e
Reaksi
di katode (reduksi)
1)
Zn2+(aq) + 2e →
Zn(s)
2)
2H2O(l)
+ 2e → H2(g) + 2OH-(aq)
Berdasarkan
percobaan, di anode terbentuk gelembung gas oksigen, sedangkan di katode
terdapat endapan logam yang melapisi katode. Dengan demikian, reaksi yang
terjadi pada kedua elektrode dan keseluruhan sel sebagai berikut.
Anode
: 2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq)
+ 4e
Katode
: 2Zn2+(aq) + 4e → 2Zn(s)
Reaksi
sel : 2H2O(l) + 2Cu2+ (aq) → O2(g) + 4H+(aq) + 2Cu(s)
Kesimpulan
yang dapat diambil dari reaksi tersebut yaitu Zn2+ lebih mudah
direduksi daripada air, sedangkan air lebih mudah dioksidasi daripada SO42-.
c.
Larutan ZnBr2
Dalam
elektrolisis larutan ZnBr, reaksi yang terjadi di anode, katode, dan
keseluruhannya sebagai berikut.
Anode
: 2Br-(aq) → Br2(g) + 2e
Katode
: Zn2+(aq) + 2e(aq) → Zn(s)
Reaksi
sel : Zn2+(aq) + 2Br-(aq) → Zn(s) + Br2(aq)
Berdasarkan
percobaan, Zn2+ cenderung lebih mudah direduksi daripada H2O, sedangkan Br- cenderung lebih
mudah dioksidasi daripada air.
d.
Larutan K2SO4
Berdasarkan
percobaan, di anode air cenderung lebih mudah dioksidasi daripada SO42- , sedangkan di katode air
cenderung lebih mudah direduksi daripada K+. Dengan demikian, reaksi
yang terjadi di anode, di katode, dan reaksi keseluruhan sebagai berikut.
Anode : 2H2O(l)→
O2(g) + 4H+(aq) + 4e
Katode : 4H2O(l)+ 4e → 2H2(g) + 4OH-(aq)
Reaksi
sel : 6H2O(l) →
O2(g)
+ 2H2(g) + 4OH-(aq) + 4H+(aq)
Pada
proses elektrolisis tersebut, K2SO4 diperlukan untuk
mempertahankan netralisasi listrik.
e. Leburan/cairan/lelehan
Pada elektrolisis leburan hanya kation, anion, dana
elektrode yang terlibat dalam reaksi karena senyawa ionik tidak mengandung air
(H2O).
1. Elektrolisis cairan KCl dengan elektrode Pt
Elektrolisis
cairan, berarti dalam senyawa tidak ada air maka spesi yang tereduksi di katode
adalah K+.
Katode : K+(aq) + e ® K(s)
Anode : 2Cl-(aq) ® Cl2(g) + 2e
Reaksi sel : 2KCl(aq) ® 2K(s) + Cl2(g)
2. Elektrolisis NaBr dengan elektrode C
Katode : Na+(aq) + e ® Na(s)
Anode : 2Br-(aq) ®
Br2(g) + 2e
Reaksi sel : 2NaBr(aq) ® 2Na(s) + Br2(g)
3. Natrium
dan klorin diperoleh pada proses industri melalui proses leburan NaCl. Reaksi yang terjadi
pada leburan NaCl sebagai berikut.
Anode : 2Cl-(l) → Cl(g) + 2e
Katode : 2Na+(l) + 2e ⇄ 2Na(l)
Reaksi sel : 2Na+(l) + 2C1-(l) → Cl2(g) +2Na(l)